Nördlinger Ries und Steinheimer Becken - Entstehung und Geologie

Inhalt

1 Einleitung

2 Das Nördlinger Ries
2.1 Entstehung
2.2 Typologie der Riesgesteine
2.3 Gliederung der Impaktgesteine
2.3.1 Bunte Trümmermasse
2.3.2 Polymikten Kristallbreccien
2.3.3 Suevit

3 Das Steinheimer Becken
3.1 Die Forschungsgeschichte
3.2 Die Entstehung
3.3 Geologischer Überblick
3.3.1 Bedeckung im Tertiär
3.3.2 Schichtenfolge
3.3.3 Bedeckung im Quartär
3.3.4 Seeentwicklung

4 Zusammenfassung

Literatur

1 Einleitung

In der Mitte des Städtedreiecks München-Nürnberg-Stuttgart liegt - eingesenkt in den Mittelgebirgszug der Schwäbisch-Fränkischen Jura, auch Alb genannt - die nahezu kreisrunde Ebene des Nördlinger Rieses und des Steinheimer Beckens. In Abb.1 ist die Lage der Krater dargestellt. Besonders auffällig sind die zwei fast kreisrunden Becken dieser Landschaft. Das flachwellige Ries-Becken besitzt eine Ausdehnung von etwa 25 km Durchmesser und ist besonders im Südwesten, Süden und Osten von einem morphologisch gut entwickelten Kraterrand begrenzt. Den flachwelligen Boden umkränzen Höhenzüge von 100 bis 200 m im Osten, sowie 60 bis 100 m im Westen. Die heute sichtbare Kraterebene (die im Mittel 100-150 m tiefer als der Kraterrand liegt) wird als Ries oder Nördlinger Ries bezeichnet. Seit man weiß, dass das Ries seine Existenz dem Einschlag eines Meteoriten verdankt, spricht man allgemein vom Rieskrater.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.1: Geologische Lage des Rieses und Steinheimer Becken im Süden von Deutschland im Mittelpunkt des Städtedreiecks München – Nürnberg – Stuttgart (Quelle: verändert nach Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:7)

Das andere fast kreisrunde Becken von Steinheim hat heute einen mittleren Durchmesser von 3,5 km und ist rund 120 m in die umgebende Albhochfläche eingetieft. In der Mitte ragt ein Hügel auf, der Klosterberg. Die Krater des Nördlinger Ries und des Steinheimer Beckens sind zur gleichen Zeit entstanden (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:8-9), nachdem ein Meteorit durch Reibung in der Erdatmosphäre zerbrach und zwei Gesteinskörper vor 15 Millionen in Süddeutschland einschlugen (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:7).

2 Das Nördlinger Ries

2.1. Entstehung

Das Ries entstand vor ca. 15 Millionen Jahren durch den Einschlag eines Meteoriten. Dieser besaß einem Durchmesser von ca. 1200 m. Der primäre Kraterdurchmesser betrug etwa 27 km (Wörterbuch zur Astronomie 1996:421). Aufgrund von Verwitterungsprozessen veränderte sich seine Form und der Krater verkleinerte sich um etwa 30%. Der Krater ist durch eine zweigeteilte Form strukturiert: einen tiefen zentralen Krater und eine flachere Kraterrandzone. Der zentrale Krater besitzt einen Durchmesser von 12 km, die Kraterrandzone ist 7 km breit. Begrenzt wird der Krater durch den strukturellen Kraterrand (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:37).

Ein Meteoritenimpact erzeugt einen kreisrunden Krater. Im Fall des Nördlinger Ries ist diese Form deutlich erkennbar. Lias und Doggers im Norden und Nordwesten konnten der gewaltigen Wucht schlechter standhalten als die Malmkaltplatte im Südwesten (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:38).

So existiert im westlichen bis nördlichen Bereich des Kraters eine 10-15° ansteigende Grenzfläche, die nach oben stark verflacht. Dieser flache Anstieg von 3° hat auch Bedeutung für den Verlauf der heutigen Kraterrandlinie. Durch die Einwirkungen des Klimas ist von diesem morphologischen Rand heute nichts mehr übrig geblieben (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:37).

Durch den flachen Einfall verschob sich die Kraterlinie in Richtung des Impactzentrums. Der Kraterrand im Nordwesten verlagerte sich um 2 km nach innen. Dieser intensive Einfall entstand aufgrund der flachen Kraterstruktur und der tiefen Abtragung.

Die Kraterbegrenzung im Südosten ist steiler. Dort verhinderte die Malmkaltplatte ein Einfallen des Kraterrands und erzeugte eine 25° steile Grenzfläche. In diesem Bereich wurden Schollen heraus gebrochen (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:38). Sie bewegten sich aufgrund des „Impulses durch die Rückfederung am starren Rand der Malmplatte kratereinwärts“ (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:38).

Der Einschlag erzeugte einen Impuls mit kräftigen Schubwirkungen. Diese waren so groß, das Teile des Kraterrandes leicht angehoben wurden. Mit Hilfe von seismischen Messungen konnte dies im Autochthon und an der Albtafel nachgewiesen werden. Daraus ist zu folgern, dass der Krater auch im Bereich seiner Randzonen eine Ausräumungsform darstellt (so wie die Trogtäler geschaffen werden durch Gletscher). Gravitativ gesteuerte Ausgleichsbewegungen existierten erst 3-5 km innerhalb des Kraters (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:38).

Bei der Entstehung des Ries-Kraters wird die Kollision eines Meteoriden mit der Erde angenommen. Im Kontaktstadium kollidierte der rund 1 km große Gesteinskörper bei einer Geschwindigkeit von 20-50 km/s mit der Erde. Dabei drang der Meteorit mit hoher Geschwindigkeit in die Erde ein. An der Kontaktzone (mit dem höchsten Druck) wird überhitztes Material (in Form von Dampf und hochtemperierter Schmelze) mit mehr als 33 m/s herausgespritzt. Dieses als Jetting bezeichnete Material wurde in einem Umkreis von 300 km um den Einschlagskrater gefunden.

Die Stoßwelle des Einschlags (Kompressionsstadium) erhitzte das Impactgebiet so stark, dass der Meteorit und das angrenzende Material verdampften. Schalenartig schließt sich eine geschmolzene Zone an, darauf folgt eine feinzertrümmerte und anschließend eine grob zertrümmerte Gesteinszone. Alle Zonen sind sehr stark komprimiert. Mit Beginn des Exkavationsstadiums (nach 2-4 sec) tritt eine radiale Gesteinsbewegung vom primären Krater ein. Im tiefer gelegenen Zentrum des Impacts kann das Gestein nicht seitlich ausweichen und wird deswegen stark komprimiert. Das entstandene Grundgebirge dehnt sich mit der darauf folgenden Entlastung nach oben aus und wird zerrüttet (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:40).

Durch die spontane Verdampfung und Temperaturen von mehreren 100°C öffneten sich Klüfte, in die stoßwellenbeanspruchtes Kristallin (Gneis, Granit, Amphibolit, Kersantit) mehrere hundert Meter tief eindringen konnte. Diese Polymikte Kristallinbreccien haben ihren Ursprung in der fein zertrümmerten Gesteinszone (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:42).

Auch im höheren seitlichen Bereich des primären Kraters dringen Polymikte Kristallinbreccien in das Deckgebirge ein. „Sie werden danach mit Schollen dieser Gesteine ausgeworfen oder lateral nach oben verschoben“ (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:42). Als nächstes folgt der Auswurfprozess. Die Stoßwelle der nachfolgenden Materieströmung ist im seitlichen Bereich des Kraters radial nach außen gerichtet. Von der freien Oberfläche schreiten Entlastungswellen nach unten und erzeugen einen aufwärts gerichteten Druckgradienten hinter der Stoßwelle. Durch diese Aufwärtskomponente einsteht eine zusätzliche radiale Bewegung der Materie. So entsteht eine schräg aufwärts gerichtete Exkavationsströmung, die vorwiegend die Sedimentgesteinsdecke erfasst (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:42). Durch diesen Prozess vergrößert sich der Krater sehr schnell. Zusätzlich kommt es zu einem „ballistischen Auswurf von Bunten Trümmermassen“ (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:42). „Der oberste Teil der feinzertrümmerten Zone wird [...] mit dem geschmolzenen Material darüber vermischt [...]“ (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:42). Das Produkt des Auswurfs ist Suevit. Der Suevit besteht aus teils geschmolzenen, teils nur zertrümmertem Kristallin. Infolge der Expansion von Wasserdampf und Gesteinsdämpfen steigt er auf und wird als schwere und grobe Eruptionswolke nach oben ausgeworfen (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:42).

Die Suevitablagerung geschieht nach 3-5 Minuten. Suevitwolken breiten sich in der Umgebung aus. Sie bedecken das umliegende Gebiet (Auswurf-Suevit) und der Rest fällt wieder in den Krater zurück - Rückfall-Suevit (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:42).

2.2 Typologie der Riesgesteine

Meteoriten schlagen täglich auf der Erde ein. Der Großteil von ihnen ist aber so klein, dass sie bereits in der Atmosphäre verglühen. Erst wenn sie die kritische Masse von 10 Tonnen übersteigen, verglühen sie nicht und können auf der Erde einschlagen. Die Einschlagsgeschwindigkeit beträgt 20-60 km/s. An der Einschlagsstelle entstehen hohe Temperaturen sowie eine zerstörerische Druckwelle. Diese expandiert mit hoher Geschwindigkeit und breitet sich halbkugelförmig aus. Druckdiskontinuität und Temperaturen sinken jedoch mit zunehmender Entfernung vom Einschlagspunkt sehr schnell (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:17). Die Gesteine an der Einschlagsstelle werden dagegen innerhalb kürzester Zeit stark verändert. Die Gesteine wurden um das Impactgebiet verteilt. Abb.2 zeigt die Verteilung der Ries Trümmermassen. Diese Gesteinsveränderung wird als Progressive Stoßwellenmetamorphose bezeichnet. Sie unterscheidet sich grundlegend von der endogenen Gesteinsmetamorphose, welche eine langfristige und statische Druckbeanspruchung impliziert. (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:18) Stöffler unterteilte die Stoßwellenmetamorphose in sechs Stufen, die in Tabelle 1 dargestellt wird.

Tab 1: Unterteilung der Gesteine nach Ihrer Stoßwellenmetamorphose (Quelle: verändert nach Stöffler: 1971: 5541-5551)

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2.3 Gliederung der Impaktgesteine

Die Impaktgesteine lassen sich nach „dem Grad der Veränderung ihrer Ausgangsgesteine “ (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999:19) in Bunte Trümmermassen, Polymikte Kristallinbreccien und der Suevit unterteilen. Die gegenseitigen Beziehungen der Impaktgesteine wurden in Tabelle 2 gegenübergestellt.

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